História elektriny

Elektrická veda bola založená v alžbetínskom veku

Paul Taylor/Getty Images

História elektriny začína Williamom Gilbertom (1544–1603), lekárom a prírodovedcom, ktorý slúžil kráľovnej Alžbete prvej Anglicku. Pred Gilbertom sa o elektrine a magnetizme vedelo len to, že magnetovec ( magnetit ) má magnetické vlastnosti a že trenie jantáru a prúd by priťahovalo kúsky rôznych materiálov, aby sa začali lepiť.

V roku 1600 vydal Gilbert svoje pojednanie „De magnete, Magneticisique Corporibus“ (Na magnete). Kniha, vytlačená v odbornej latinčine, vysvetľuje roky Gilbertovho výskumu a experimentov v oblasti elektriny a magnetizmu. Gilbert výrazne zvýšil záujem o novú vedu. Bol to Gilbert, kto vo svojej slávnej knihe vytvoril výraz „elektrika“.

Prví vynálezcovia

Inšpirovaní a vzdelaní Gilbertom, niekoľko európskych vynálezcov vrátane Otto von Guericke (1602 – 1686) z Nemecka, Charles Francois Du Fay (1698 – 1739) z Francúzska a Stephen Gray (1666 – 1736) z Anglicka rozšírilo vedomosti.

Otto von Guericke ako prvý dokázal, že vákuum môže existovať. Vytvorenie vákua bolo nevyhnutné pre všetky druhy ďalšieho výskumu elektroniky. V roku 1660 vynašiel von Guericke stroj, ktorý vyrábal statickú elektrinu; toto bol prvý elektrický generátor.

V roku 1729 objavil Stephen Gray princíp vedenia elektriny a v roku 1733 Charles Francois du Fay zistil, že elektrina prichádza v dvoch formách, ktoré nazval živicová (-) a sklovitá (+), teraz nazývaná negatívna a pozitívna.

Leydenský pohár

Leydenská nádoba bola pôvodným kondenzátorom, zariadením, ktoré uchováva a uvoľňuje elektrický náboj. (V tom čase bola elektrina považovaná za tajomnú tekutinu alebo silu.) Leydenskú nádobu vynašiel v roku 1745 takmer súčasne v Holandsku akademik Pieter van Musschenbroek (1692–1761) V roku 1745 a v Nemecku nemecký duchovný a vedec Ewald Christian Von Kleist (1715–1759). Keď sa Von Kleist prvýkrát dotkol svojej Leydenskej nádoby, dostal silný šok, ktorý ho zrazil na zem.

Nádobu Leyden pomenoval francúzsky vedec a duchovný Jean-Antoine Nollet (1700 – 1770) po Musschenbroekovom rodnom meste a univerzite Leyden. Nádoba sa volala aj kleistovská nádoba podľa Von Kleista, ale tento názov sa neudržal.

Ben Franklin, Henry Cavendish a Luigi Galvani

Otec zakladateľ USA Ben Franklin (1705–1790) dôležitým objavom bolo, že elektrina a blesk sú jedno a to isté. Franklinov bleskozvod bol prvou praktickou aplikáciou elektriny. prírodný filozof Henry Cavendish z Anglicka, Coulomb z Francúzska a Luigi Galvani Talianska vedecky prispela k hľadaniu praktického využitia elektriny.

V roku 1747 začal britský filozof Henry Cavendish (1731–1810) merať vodivosť (schopnosť prenášať elektrický prúd) rôznych materiálov a publikoval svoje výsledky. Francúzsky vojenský inžinier Charles-Augustin de Coulomb (1736–1806) objavil v roku 1779 to, čo sa neskôr nazývalo „Coulombov zákon“, ktorý popisoval elektrostatickú silu príťažlivosti a odpudzovania. A v roku 1786 taliansky lekár Luigi Galvani (1737–1798) demonštroval to, čo dnes chápeme ako elektrický základ nervových impulzov. Galvani preslávil, že svaly žaby šklbali tak, že nimi škubal iskrou z elektrostatického stroja.

Po práci Cavendisha a Galvaniho prišla skupina významných vedcov a vynálezcov, napr Alessandro Volta (1745 – 1827) z Talianska, dánsky fyzik Hans Christian Ørsted (1777 – 1851), francúzsky fyzik Andre-Marie Ampere (1775 – 1836), Georg Ohm (1789 – 1854) z Nemecka, Michael Faraday (1791 – 1867) z Anglicka a Joseph Henry (1797 – 1878) z USA.

Práca s magnetmi

Joseph Henry bol výskumníkom v oblasti elektriny, ktorého práca inšpirovala mnohých vynálezcov. Henryho prvým objavom bolo, že sila magnetu sa dá nesmierne posilniť jeho navinutím izolovaným drôtom. Bol prvým človekom, ktorý vyrobil magnet, ktorý dokázal zdvihnúť hmotnosť 3500 libier. Henry ukázal rozdiel medzi „množstevnými“ magnetmi zloženými z krátkych drôtov zapojených paralelne a vybudených niekoľkými veľkými článkami a „intenzívnymi“ magnetmi navinutými jedným dlhým drôtom a vybudenými batériou zloženou z článkov v sérii. Bol to originálny objav, ktorý výrazne zvýšil okamžitú užitočnosť magnetu a jeho možnosti pre budúce experimenty.

Orientálny podvodník pozastavený

Michael Faraday , William Sturgeon (1783–1850) a ďalší vynálezcovia rýchlo rozpoznali hodnotu Henryho objavov. Sturgeon veľkodušne povedal: 'Profesor Joseph Henry dokázal vytvoriť magnetickú silu, ktorá úplne zatieni všetky ostatné v celých análoch magnetizmu, a nemožno nájsť žiadnu paralelu od zázračného zavesenia slávneho orientálneho podvodníka do jeho železnej rakvy.'

Táto bežne používaná fráza je odkazom na nejasný príbeh, o ktorom títo európski vedci žartujú o Mohamedovi (571 – 632 n. l.), zakladateľovi islam . Ten príbeh v skutočnosti vôbec nebol o Mohamedovi, ale skôr príbeh, ktorý rozprával Plínius starší (23–70 nl) o rakve v egyptskej Alexandrii. Podľa Plínia bol Serapisov chrám v Alexandrii postavený zo silných magnetov, ktoré boli také silné, že vraj bola vo vzduchu zavesená železná rakva Kleopatrinej mladšej sestry Arsinoe IV. (68 – 41 pred Kr.).

Joseph Henry objavil aj fenomény samoindukcie a vzájomnej indukcie. V jeho experimente prúd posielaný cez drôt v druhom poschodí budovy indukoval prúdy cez podobný drôt v pivnici o dve poschodia nižšie.

Telegraf

Telegraf bol skorý vynález, ktorý prenášal správy na diaľku cez drôt pomocou elektriny, ktorú neskôr nahradil telefón. Slovo telegrafia pochádza z gréckych slov tele, čo znamená ďaleko a grapho, čo znamená písať.

Prvé pokusy o vysielanie signálov elektrinou (telegrafom) sa uskutočnili mnohokrát predtým, ako sa Henry začal o problém zaujímať. Williama Sturgeona vynález elektromagnetu povzbudil výskumníkov v Anglicku, aby experimentovali s elektromagnetom. Experimenty zlyhali a produkovali iba prúd, ktorý zoslabol po niekoľkých stovkách metrov.

Základ pre elektrický telegraf

Henry však navliekol míľu jemného drôtu a dal „intenzitu“ batérie na jednom konci a prinútil armatúru zasiahnuť zvonom na druhom. V tomto experimente Joseph Henry objavil základnú mechaniku elektrický telegraf .

Tento objav bol urobený v roku 1831, celý rok predtým, ako Samuel Morse (1791 – 1872) vynašiel telegraf. Neexistujú žiadne spory o tom, kto vynašiel prvý telegrafný prístroj. To bol Morseov úspech, ale objav, ktorý motivoval a umožnil Morsemu vynájsť telegraf, bol úspech Josepha Henryho.

Vlastnými slovami Henryho: „Toto bol prvý objav skutočnosti, že galvanický prúd sa môže prenášať na veľkú vzdialenosť s tak malým zmenšením sily, že by to vyvolalo mechanické účinky, a o prostriedkoch, ktorými sa prenos mohol uskutočniť. Videl som, že elektrický telegraf je teraz uskutočniteľný. Nemal som na mysli žiadnu konkrétnu formu telegrafu, ale odvolával som sa len na všeobecnú skutočnosť, že sa teraz preukázalo, že galvanický prúd možno prenášať na veľké vzdialenosti s dostatočnou silou na vytvorenie mechanických účinkov zodpovedajúcich požadovanému objektu.“

Magnetický motor

Henry sa potom obrátil na návrh magnetického motora a podarilo sa mu vyrobiť piestový tyčový motor, na ktorý nainštaloval prvý automatický menič pólov alebo komutátor, aký bol kedy použitý s elektrickou batériou. Nepodarilo sa mu vytvoriť priamy rotačný pohyb. Jeho tyč kmitala ako chodiaci lúč parného člna.

Elektrické autá

Thomas Davenport (1802 – 1851), kováč z Brandonu vo Vermonte, zostrojil v roku 1835 elektromobil vhodný na cesty. O 12 rokov neskôr americký elektroinžinier Moses Farmer (1820 – 1893) vystavoval lokomotívu s elektrickým pohonom. V roku 1851 jazdil vynálezca z Massachusetts Charles Grafton Page (1712 – 1868) s elektrickým autom po tratiach Baltimore and Ohio Railroad z Washingtonu do Bladensburgu rýchlosťou devätnásť míľ za hodinu.

Náklady na batérie však boli v tom čase príliš vysoké a použitie elektromotora v doprave ešte nebolo praktické.

Elektrické generátory

Princíp dynama alebo elektrického generátora objavili Michael Faraday a Joseph Henry, ale proces jeho vývoja na praktický generátor energie trval mnoho rokov. Bez dynama na výrobu energie bol vývoj elektromotora na mŕtvom bode a elektrina nemohla byť široko využívaná na dopravu, výrobu alebo osvetlenie, ako sa používa dnes.

Pouličné svetlá

Oblúkové svetlo ako praktické osvetľovacie zariadenie vynašiel v roku 1878 inžinier z Ohia Charles Brush (1849–1929). Iní napadli problém elektrického osvetlenia, ale nedostatok vhodných uhlíkov stál v ceste ich úspechu. Štetec rozsvietil niekoľko lámp v sérii z jedného dynama. Prvé Brush svetlá boli použité na osvetlenie ulíc v Clevelande, Ohio.

Iní vynálezcovia zlepšili oblúkové svetlo, ale mali aj svoje nevýhody. Pre vonkajšie osvetlenie a pre veľké haly sa oblúkové svetlá osvedčili, ale oblúkové svetlá sa nedali použiť v malých miestnostiach. Okrem toho boli v sérii, to znamená, že prúd prechádzal postupne každou lampou a nehoda jednej vyradila celú sériu z činnosti. Celý problém vnútorného osvetlenia mal vyriešiť jeden z najznámejších amerických vynálezcov: Thomas Alva Edison (1847–1931).

Thomas Edison Stock Ticker

Prvý z Edisonovho množstvo vynálezov s elektrinou bol automatický zapisovač hlasov, na ktorý dostal patent v roku 1868, no nedokázal vzbudiť o zariadenie záujem. Potom vynašiel a burzový ticker , a spustila službu tickeru v Bostone s 30 alebo 40 predplatiteľmi a prevádzkovala ju z miestnosti cez zlatú burzu. Tento stroj sa Edison pokúsil predať v New Yorku, ale bez úspechu sa vrátil do Bostonu. Potom vynašiel duplexný telegraf, pomocou ktorého bolo možné posielať dve správy súčasne, ale pri teste stroj zlyhal kvôli hlúposti asistenta.

V roku 1869 bol Edison na mieste, keď telegraf zlyhal v Gold Indicator Company, koncerne poskytujúcom burzové ceny zlata svojim predplatiteľom. To viedlo k jeho vymenovaniu za superintendenta, ale keď ho zmena vo vlastníctve spoločnosti vyhodila z funkcie, ktorú vytvoril. Franklin L. Pope , partnerstvo Pope, Edison a Company, prvej firmy elektrotechnikov v Spojených štátoch.

Vylepšený burzový ticker, lampy a dynamá

Nie dlho potom Thomas Edison vydal vynález, ktorý ho naštartoval na ceste k úspechu. Toto bol vylepšený burzový ticker a spoločnosť Gold and Stock Telegraph Company mu zaň zaplatila 40 000 dolárov. Thomas Edison si okamžite založil obchod v Newarku. Zdokonalil systém automatickej telegrafie, ktorý sa v tom čase používal, a zaviedol ho do Anglicka. Experimentoval s podmorskými káblami a vypracoval systém štvornásobnej telegrafie, pomocou ktorého bol jeden drôt vyrobený na prácu štyroch.

Tieto dva vynálezy kúpiliJay Gould, majiteľ spoločnosti Atlantic and Pacific Telegraph Company. Gould zaplatil 30 000 dolárov za quadruplex systém, ale odmietol zaplatiť za automatický telegraf. Gould kúpil Western Union, svoju jedinú konkurenciu. 'Keď Gould získal Western Union,' povedal Edison, 'vedel som, že ďalší pokrok v telegrafii nie je možný, a tak som prešiel do iných línií.'

Menlo Park

Edison pokračoval v práci pre Western Union Telegraph Company, kde vynašiel uhlíkový vysielač a predal ho Western Union za 100 000 dolárov. Na základe toho Edison v roku 1876 založil laboratóriá a továrne v Menlo Park, New Jersey, a práve tam vynašiel fonografu patentovaný v roku 1878 a začal sériu experimentov, ktoré vyrobili jeho žiarovku.

Thomas Edison sa venoval produkcii an elektrická lampa pre vnútorné použitie. Jeho prvým výskumom bolo odolné vlákno, ktoré by horelo vo vákuu. Séria experimentov s platinovým drôtom a rôznymi žiaruvzdornými kovmi mala neuspokojivé výsledky, rovnako ako mnohé iné látky, vrátane ľudských vlasov. Edison dospel k záveru, že riešením je skôr uhlík ako kov – k rovnakému záveru dospel v roku 1850 anglický vynálezca Joseph Swan (1828 – 1914).

V októbri 1879, po štrnástich mesiacoch tvrdej práce a výdavkoch 40 000 dolárov, bola otestovaná niť z karbonizovanej bavlny zapečatená v jednom z Edisonových glóbusov a trvala štyridsať hodín. 'Ak teraz bude horieť štyridsať hodín,' povedal Edison 'Viem, že to dokážem vypáliť sto.' A tak aj urobil. Bolo potrebné lepšie vlákno. Edison ho našiel v karbonizovaných prúžkoch bambusu.

Edison Dynamo

Edison tiež vyvinul svoj vlastný typ dynamo , najväčší, aký bol do tej doby vyrobený. Spolu s Edisonovými žiarovkami to bol jeden z divov parížskej elektrickej výstavy v roku 1881.

Čoskoro nasledovala inštalácia zariadení na elektrické služby v Európe a Amerike. Prvá veľká Edisonova centrálna stanica dodávajúca energiu pre tri tisícky lámp bola postavená na Holborn Viaduct v Londýne v roku 1882 a v septembri toho istého roku bola uvedená do prevádzky Pearl Street Station v New Yorku, prvá centrálna stanica v Amerike. .

Zdroje a ďalšie čítanie

• Beauchamp, Kenneth G. 'História telegrafie.' Stevenage UK: Inštitút inžinierstva a technológie, 2001.
• Brittain, J.E. 'Zlomové body v americkej elektrotechnickej histórii.' New York: Institute of Electrical and Electronics Engineers Press, 1977.
• Klein, Maury. 'Výrobcovia energie: Para, elektrina a muži, ktorí vynašli modernú Ameriku.' New York: Bloomsbury Press, 2008.
• Shectman, Jonathan. 'Prelomové vedecké experimenty, vynálezy a objavy 18. storočia.' Greenwood Press, 2003.